(57)【要約】【課題】  触媒上流の上流側空燃比センサ出力値に基づく空燃比フィードバック制御と触媒下流の下流側空燃比センサ出力値に基づく空燃比フィードバック制御との干渉を確実に回避できる内燃機関の空燃比制御装置を提供すること。【解決手段】  この装置は、上流側空燃比センサ出力値に基づく値をバンドパスフィルタＡ１４（BPF、通過許可周波数：ω1〜ω2）、及びハイパスフィルタＡ１２（HPF、通過許可周波数：ω2以上）によりそれぞれフィルタ処理した値を、積分処理を行わないＰコントローラにそれぞれ入力することでメインフィードバック制御による燃料噴射量補正を行う。また、下流側空燃比センサ出力値に基づく値をローパスフィルタＡ７（LPF、通過許可周波数：ω1以下）によりフィルタ処理した値を、微分処理を行わないＰＩコントローラに入力することでサブフィードバック制御による燃料噴射量補正を行う。【選択図】  図６
2006083724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態に応じた量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた内燃機関に適用される内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記上流側空燃比センサの出力値、又は前記上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をハイパスフィルタ処理した後の値を第１メインフィードバック入力値として入力して第１メインフィードバック補正量を算出する第１メインフィードバックコントローラを備えるとともに、前記算出された第１メインフィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値、又は前記下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値、をサブフィードバック入力値として入力してサブフィードバック補正量を算出するサブフィードバックコントローラを備えるとともに、前記メインフィードバック制御手段による燃料噴射量の補正とは独立に前記算出されたサブフィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するサブフィードバック制御手段と、
を備え、
前記第１メインフィードバックコントローラは、前記第１メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第１メインフィードバック補正量を算出するように構成されるとともに、
前記サブフィードバックコントローラは、前記サブフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、積分処理のみ、及び比例・積分処理のみ、の何れかを行うことで前記サブフィードバック補正量を算出するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記メインフィードバック制御手段は、
前記上流側空燃比センサの出力値、又は前記上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をバンドパスフィルタ処理した後の値を第２メインフィードバック入力値として入力して第２メインフィードバック補正量を算出する第２メインフィードバックコントローラを更に備え、前記算出された第１メインフィードバック補正量と前記算出された第２メインフィードバック補正量とにより前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するように構成され、
前記第２メインフィードバックコントローラは、前記第２メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第２メインフィードバック補正量を算出するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とは同一である内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と同メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の高周波数側のカットオフ周波数とが同一であるとともに、
前記メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の低周波数側のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とが同一である内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された三元触媒（以下、単に「触媒」と云うこともある。）の上流側及び下流側の排気通路にそれぞれ配設された上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサの各出力値に基づいて機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の空燃比制御装置が広く知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この空燃比制御装置（排気浄化装置）は、下流側空燃比センサの出力値と所定の下流側目標値との差をサブフィードバック入力値としてサブフィードバックコントローラに入力し、同サブフィードバックコントローラで同サブフィードバック入力値を比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）してサブフィードバック補正量を算出する。
【０００３】
また、この装置は、上流側空燃比センサの出力値を上記算出したサブフィードバック補正量で補正した値と所定の上流側目標値との差をメインフィードバック入力値としてメインフィードバックコントローラに入力し、同メインフィードバックコントローラで同メインフィードバック入力値を比例・積分処理（ＰＩ処理）してメインフィードバック補正量を算出する。そして、この装置は、上記算出したメインフィードバック補正量により燃料噴射量を補正することで機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１８３５８５号公報
【０００４】
上記開示された装置は、サブフィードバックコントローラの出力値であるサブフィードバック補正量の値に応じてメインフィードバック入力値が直接変更されるように構成されている。換言すれば、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとが直列に配置されている。
【０００５】
従って、メインフィードバックコントローラに使用されるメインフィードバック制御定数（比例ゲイン、及び積分ゲイン）とサブフィードバックコントローラに使用されるサブフィードバック制御定数（比例ゲイン、積分ゲイン、及び微分ゲイン）のいずれか一方側の適合を行う際には他方側の値が強く影響する。
【０００６】
換言すれば、フィードバック制御ループ（閉ループ）毎にそれぞれのフィードバック制御定数の適合を互いに独立して実行することができない。従って、各フィードバック制御定数の適合が困難であって同適合を行う際の労力が多大であるという問題があった。
【０００７】
係る問題に対処するためには、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとを燃料噴射量の補正に関して並列に配置することが好ましいと考えられる。この場合、具体的には、サブフィードバックコントローラで下流側空燃比センサ出力値と所定の下流側目標値との差を例えばＰＩＤ処理してサブフィードバック補正量が算出されるとともに、メインフィードバックコントローラで上流側空燃比センサ出力値と所定の上流側目標値との差を例えばＰＩ処理してメインフィードバック補正量が算出される。そして、上記算出されたメインフィードバック補正量と上記サブフィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量が直接補正されることで機関に供給される混合気の空燃比がフィードバック制御される。
【０００８】
これにより、フィードバック制御ループ毎にそれぞれのフィードバック制御定数の適合を互いに独立して実行することができるようになり、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。
【０００９】
ところで、触媒は、通常、流入する排ガスの空燃比がリーン空燃比のとき同排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して同窒素酸化物から奪った酸素を内部に貯蔵するとともに同流入する排ガスの空燃比がリッチ空燃比のとき同貯蔵している酸素により同排ガス中のＨＣ，ＣＯ等の未燃成分を酸化する所謂酸素吸蔵機能を有している。係る酸素吸蔵機能により、触媒上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数の高い高周波数成分、及び同空燃比変動における比較的周波数が低くて振幅（理論空燃比からの偏移量）が比較的小さい低周波数成分は完全に吸収されて触媒下流の排ガスの空燃比変動として現れ難い傾向がある。
【００１０】
一方、触媒上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数が低くて振幅が比較的大きい低周波数成分は上記触媒の酸素吸蔵機能では完全には吸収されず、少し遅れて触媒下流の排ガスの空燃比変動として現れ易い傾向がある。この結果、上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とが理論空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が存在する。この場合、上記メインフィードバック補正量に基づく機関の空燃比制御（メインフィードバック制御）とサブフィードバック補正量に基づく機関の空燃比制御と（サブフィードバック制御）が互いに干渉することになるので良好な機関の空燃比制御を行うことができない。
【００１１】
係るメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉は、排ガスの空燃比変動に関するメインフィードバック制御の制御周波数帯域とサブフィードバック制御の制御周波数帯域とを互いに重複しないように設定することで回避され得る。このため、上流側空燃比センサ出力値と所定の上流側目標値との差の値をハイパスフィルタ処理した後の値をメインフィードバック入力値として使用するとともに、下流側空燃比センサ出力値と所定の下流側目標値との差の値をローパスフィルタ処理した後の値をサブフィードバック入力値として使用することが考えられる。
【００１２】
以上のことから、本出願人は、特願２００４−１３２２５において、以下のような空燃比制御装置（排気浄化装置）を既に提案している。この装置は、図１５にそれらの周波数−ゲイン特性を示した共通のカットオフ周波数ω1を有するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）とローパスフィルタ（ＬＰＦ）とを使用する。
【００１３】
この装置は、下流側空燃比センサ出力値と所定の下流側目標値との差の値をローパスフィルタ処理した後の値をサブフィードバック入力値としてサブフィードバックコントローラに入力し、同サブフィードバックコントローラで同サブフィードバック入力値をＰＩＤ処理してサブフィードバック補正量を算出する。これにより、サブフィードバック入力値の変動におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が減衰されるから、サブフィードバック制御の制御周波数帯域は同カットオフ周波数ω1以下の帯域となり得る。
【００１４】
また、この装置は、上流側空燃比センサ出力値と所定の上流側目標値との差の値をハイパスフィルタ処理した後の値をメインフィードバック入力値としてメインフィードバックコントローラに入力し、同メインフィードバックコントローラで同メインフィードバック入力値をＰＩ処理してメインフィードバック補正量を算出する。これにより、メインフィードバック入力値の変動におけるカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分が減衰されるから、メインフィードバック制御の制御周波数帯域は同カットオフ周波数ω1以上の帯域となり得る。
【００１５】
そして、この装置は、上記算出されたメインフィードバック補正量と上記サブフィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量を直接補正することで機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。
【００１６】
これにより、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとが燃料噴射量の補正に関して並列に配置されることで各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。また、メインフィードバック制御の制御周波数帯域とサブフィードバック制御の制御周波数帯域とが互いに重複しないように設定され得るから、上述したメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が回避できると考えられる。
【００１７】
しかしながら、本出願人によるその後の更なる研究により、上記既に提案された空燃比制御装置では、フィードバックコントローラの出力値であるフィードバック補正量の算出に使用される補正項（具体的には、比例項（Ｐ項）、積分項（Ｉ項）、及び微分項（Ｄ項））のそれぞれの値に着目すると、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避されていないことが判明した。
【００１８】
より具体的に述べると、図１６は、ＰＩＤ処理を行うフィードバックコントローラの入力値の変動における周波数（以下、「入力周波数」と云うこともある。）に対する補正項のそれぞれのゲイン特性の一例を概略的に示したボード線図である。図１６に示した例では、基準周波数ωrefにおいてＰ項、Ｉ項、及びＤ項のゲインが総て０dBとなる場合が示されている。
【００１９】
図１６に示したように、Ｐ項のゲインは、周波数にかかわらず一定（０dB）となる。即ち、Ｐ項の値は入力周波数にかかわらず増幅も減衰もされない。一方、Ｉ項のゲインは、入力周波数が小さいほど大きくなる。即ち、Ｉ項の値は入力周波数が小さいほどより増幅されるとともに入力周波数が大きいほどより減衰される傾向がある。また、Ｄ項のゲインは、入力周波数が大きいほど大きくなる。即ち、Ｄ項の値は入力周波数が大きいほどより増幅されるとともに入力周波数が小さいほどより減衰される傾向がある。
【００２０】
以上のことから、図１５に示したように、メインフィードバックコントローラで上記ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）処理した後のメインフィードバック入力値をＰＩ処理する場合において、Ｐ項（ＨＰＦ＋Ｐ項）のゲイン特性は、ハイパスフィルタのゲイン特性と一致し得る一方、Ｉ項（ＨＰＦ＋Ｉ項）のゲイン特性は、ローパスフィルタのゲイン特性と略一致し得る。
【００２１】
また、サブフィードバックコントローラで上記ローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理した後のサブフィードバック入力値をＰＩＤ処理する場合において、Ｐ項（ＬＰＦ＋Ｐ項）のゲイン特性は、ローパスフィルタのゲイン特性と一致し得る一方、Ｄ項（ＬＰＦ＋Ｄ項）のゲイン特性は、ハイパスフィルタのゲイン特性と略一致し得る。
【００２２】
即ち、ＰＩ制御を行うメインフィードバック制御におけるＩ項の制御周波数帯域が、ＰＩＤ制御を行うサブフィードバック制御（におけるＰ項、及びＩ項）の制御周波数帯域（即ち、カットオフ周波数ω1以下の帯域）と一致（重複）し得る。加えて、ＰＩＤ制御を行うサブフィードバック制御におけるＤ項の制御周波数帯域が、ＰＩ制御を行うメインフィードバック制御（におけるＰ項）の制御周波数帯域（即ち、カットオフ周波数ω1以上の帯域）と一致（重複）し得る。
【００２３】
換言すれば、カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分を増幅し得るＤ項がサブフィードバックコントローラの演算において使用されていること、並びにカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分を増幅し得るＩ項がメインフィードバックコントローラの演算において使用されていることに起因して、カットオフ周波数ω1以上の周波数帯域、並びにカットオフ周波数ω1以下の周波数帯域の何れにおいてもメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が残存する。このことは、良好な機関の空燃比制御を阻害することに繋がる。従って、上記提案された空燃比制御装置においては、なお、改良の余地が残されていた。
【発明の開示】
【００２４】
従って、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、触媒上流に配設された上流側空燃比センサの出力値に基づくフィードバック制御による空燃比制御と触媒下流に配設された下流側空燃比センサの出力値に基づくフィードバック制御による空燃比制御との干渉を確実に回避できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【００２５】
本発明に係る空燃比制御装置は、上記提案された空燃比制御装置と同様、上流側空燃比センサの出力値、又は上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をハイパスフィルタ処理した後の値を第１メインフィードバック入力値として入力して第１メインフィードバック補正量を算出する第１メインフィードバックコントローラを備えるとともに、前記算出された第１メインフィードバック補正量により燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値、又は下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値、をサブフィードバック入力値として入力してサブフィードバック補正量を算出するサブフィードバックコントローラを備えるとともに、前記メインフィードバック制御手段による燃料噴射量の補正とは独立に前記算出されたサブフィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するサブフィードバック制御手段とを備える。
【００２６】
ここにおいて、「上流側目標値」と「下流側目標値」は理論空燃比に相当する値に設定されることが好適であり、また、これらの値は対応する空燃比が互いに等しくなるように設定されることが好適である。
【００２７】
また、「センサの出力値と目標値との相違の程度に応じた値」は、例えば、センサの出力値と目標値との偏差、センサの出力値に対応する検出空燃比（実空燃比）と目標値に対応する目標空燃比との偏差、筒内吸入空気量をセンサの出力値に対応する検出空燃比で除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量を目標値に対応する目標空燃比で除した値である目標筒内燃料供給量との偏差であって、これらに限定されない。
【００２８】
また、上記ハイパスフィルタ処理される対象となる上記２つの値（即ち、上流側空燃比センサの出力値と、上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値）と、サブフィードバック入力値として使用される上記２つの値（即ち、下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値と、下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値）との組み合わせは何れの組み合わせであってもよい。
【００２９】
更には、前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とは同一であることが好ましい。
【００３０】
これによれば、内燃機関の運転状態（例えば、内燃機関の回転速度、スロットル弁開度等）に応じて決定される（基本）燃料噴射量がメインフィードバック補正量、及びサブフィードバック補正量によりそれぞれ独立に補正された後の（最終）燃料噴射量の燃料が燃料噴射手段により噴射され、この結果、機関に供給される混合気の空燃比がフィードバック制御（メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御）される。従って、上記提案された空燃比制御装置と同様、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとの内燃機関に対する並列配置により各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。
【００３１】
また、第１メインフィードバックコントローラに入力される第１メインフィードバック入力値は、上記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数以下の低周波数成分が減衰された値となる一方で、サブフィードバックコントローラに入力されるサブフィードバック入力値は、上記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数以上の高周波数成分が減衰された値となる。従って、上記提案された空燃比制御装置と同様、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とサブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とが互いに重複しないように設定され得る。
【００３２】
加えて、本発明による空燃比制御装置においては、第１メインフィードバックコントローラは、前記第１メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第１メインフィードバック補正量を算出するように構成される。換言すれば、第１メインフィードバックコントローラでは、第１メインフィードバック入力値に対する積分処理が実行されない。
【００３３】
従って、第１メインフィードバック入力値の変動における既に減衰されている上記低周波数成分を増幅し得る積分項（Ｉ項）が第１メインフィードバックコントローラの出力値である第１メインフィードバック補正量の算出に使用されない。この結果、上記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数以下の周波数帯域（従って、上記サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域）においてメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得る。
【００３４】
同様に、本発明による空燃比制御装置においては、サブフィードバックコントローラは、前記サブフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、積分処理のみ、及び比例・積分処理のみ、の何れかを行うことで前記サブフィードバック補正量を算出するように構成される。換言すれば、サブフィードバックコントローラでは、サブフィードバック入力値に対する微分処理が実行されない。
【００３５】
従って、サブフィードバック入力値の変動における既に減衰されている上記高周波数成分を増幅し得る微分項（Ｄ項）がサブフィードバックコントローラの出力値であるサブフィードバック補正量の算出に使用されない。この結果、上記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数以上の周波数帯域（従って、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域）においてもメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得る。このように、本発明に係る空燃比制御装置によれば、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得、この結果、更に良好な機関の空燃比制御が達成され得る。
【００３６】
上記本発明に係る空燃比制御装置においては、前記メインフィードバック制御手段は、前記上流側空燃比センサの出力値、又は前記上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をバンドパスフィルタ処理した後の値を第２メインフィードバック入力値として入力して第２メインフィードバック補正量を算出する第２メインフィードバックコントローラを更に備え、前記算出された第１メインフィードバック補正量と前記算出された第２メインフィードバック補正量とにより前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するように構成され、前記第２メインフィードバックコントローラは、前記第２メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第２メインフィードバック補正量を算出するように構成されることが好適である。
【００３７】
この場合、前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と同メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の高周波数側のカットオフ周波数とが同一であるとともに、前記メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の低周波数側のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とが同一であることが更に好ましい。
【００３８】
これによれば、例えば、上記のように、バンドパスフィルタ処理の低周波数側のカットオフ周波数がローパスフィルタ処理のカットオフ周波数と一致するとともに同バンドパスフィルタ処理の高周波数側のカットオフ周波数がハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と一致するように各フィルタのゲイン特性をそれぞれ設定した場合、上記と同様、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得る。
【００３９】
加えて、この場合、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域をバンドパスフィルタが分担する帯域（従って、第２メインフィードバックコントローラが分担する帯域）とハイパスフィルタが分担する帯域（従って、第１メインフィードバックコントローラが分担する帯域）とに更に分けることができる。
【００４０】
この結果、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域において、フィルタのゲイン特性に関する設計上の自由度を向上させることができ、これにより、排ガスの空燃比変動におけるローパスフィルタのカットオフ周波数以上の高周波数成分に対するメインフィードバック制御系の設計の自由度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による空燃比制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００４３】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００４４】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００４５】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、スロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａ、スワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４、及びＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａを備えている。
【００４６】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１（実際には、各排気ポート３４に連通したそれぞれのエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の三元触媒５３（上流側触媒コンバータ、又はスタート・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第１触媒５３」と称呼する。）、及びこの第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された下流側の三元触媒５４（車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第２触媒５４」と称呼する。）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００４７】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路（本例では、上記各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に配設された空燃比センサ６６（以下、「上流側空燃比センサ６６」と称呼する。）、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７（以下、「下流側空燃比センサ６７」と称呼する。）、及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００４８】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。かかるエアフローメータ６１の出力Vgと、計測された吸入空気量（流量）Ｇａとの関係は、図２に示したとおりである。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００４９】
上流側空燃比センサ６６は、限界電流式の酸素濃度センサであり、図３に示したように、空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧である出力値vabyfsを出力するようになっていて、特に、空燃比が理論空燃比であるときには出力値vabyfsは値vstoichになる。図３から明らかなように、上流側空燃比センサ６６によれば、広範囲にわたる空燃比Ａ／Ｆを精度良く検出することができる。
【００５０】
下流側空燃比センサ６７は、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであり、図４に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxsを出力するようになっている。より具体的に述べると、下流側空燃比センサ６７は、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略０．１（Ｖ）、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略０．９（Ｖ）、及び空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、同アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００５１】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、及びＳＣＶアクチュエータ４４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００５２】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された空燃比制御装置が行う機関に供給される混合気の空燃比（以下、単に「機関の空燃比」と云うこともある。）のフィードバック制御の概要について説明する。
【００５３】
第１触媒５３（第２触媒５４も同様である。）は、同第１触媒５３に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるときに、ＨＣ,ＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元し、これらの有害成分を高い効率で浄化する。また、第１触媒５３は、酸素を吸蔵・放出する機能（酸素吸蔵機能、酸素吸蔵・放出機能）を有し、この酸素吸蔵・放出機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ,ＣＯ、及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって第１触媒５３に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、第１触媒５３はＮＯｘから酸素分子を奪って同酸素分子を吸蔵するとともに同ＮＯｘを還元し、これによりＮＯｘを浄化する。また、機関の空燃比がリッチになって第１触媒５３に流入するガスにＨＣ,ＣＯが多量に含まれると、三元触媒はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて（放出して）酸化し、これによりＨＣ,ＣＯを浄化する。
【００５４】
従って、第１触媒５３が連続的に流入する多量のＨＣ,ＣＯを効率的に浄化するためには、同第１触媒５３が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化するためには、同第１触媒５３が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、第１触媒５３の浄化能力は、同第１触媒５３が貯蔵し得る最大の酸素量（最大酸素吸蔵量）に依存する。
【００５５】
一方、第１触媒５３のような三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、これに伴い最大酸素吸蔵量が次第に低下してくる。このように最大酸素吸蔵量が低下した場合であっても、エミッションの排出量を継続的に抑制するには、第１触媒５３から排出されるガスの空燃比（従って、第１触媒５３に流入するガスの平均空燃比）が、理論空燃比に極めて近い状態となるように制御する必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態の空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値が原則的に理論空燃比に対応する値（０．５（Ｖ））と一致するように、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfs（即ち、第１触媒上流の空燃比）、及び下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs（即ち、第１触媒下流の空燃比）に応じて機関の空燃比をフィードバック制御する。
【００５７】
より具体的に述べると、この空燃比制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）は、その機能ブロック図である図５に示したように、Ａ１〜Ａ１６の各手段等を含んで構成されている。以下、図５を参照しながら各手段について説明していく。
【００５８】
<基本燃料噴射量の算出>
先ず、筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、エアフローメータ６１が計測している吸入空気流量Ｇａと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルMapMcとに基づいて今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mcを求める。
【００５９】
上流側目標空燃比設定手段Ａ２は、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて上流側空燃比センサ出力の目標値（上流側目標値）に対応する上流側目標空燃比abyfr(k)を決定する。ここで、添え字の（k）は、今回の吸気行程に対する値であることを示している（以下、他の物理量についても同様。）。この上流側目標空燃比abyfr(k)は、例えば、内燃機関１０の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に設定されている。また、上流側目標空燃比abyfrは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
【００６０】
基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により求められた筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定された上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【００６１】
このように、本装置は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、及び基本燃料噴射量算出手段Ａ３を利用して、基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【００６２】
<燃料噴射量の算出>
燃料噴射量算出手段Ａ４は、基本燃料噴射量算出手段Ａ３により求められた基本燃料噴射量Fbaseに、後述するサブフィードバック補正係数KFisub（サブフィードバック補正量）と後述するメインフィードバック補正係数KFimain（メインフィードバック補正量）とを乗算することで、下記(1)式に基づいて、（最終）燃料噴射量Fiを求める。
【００６３】
Fi＝Fbase・KFisub・KFimain  ・・・(1)
【００６４】
本装置は、このようにして、燃料噴射量算出手段Ａ４により基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正係数KFimainとサブフィードバック補正係数KFisubとによりそれぞれ独立に補正することにより得られる燃料噴射量Fiの燃料を今回の吸気行程を迎える気筒に対してインジェクタ３９により噴射する。
【００６５】
<サブフィードバック制御>
下流側目標値設定手段Ａ５は、上述した上流側目標空燃比設定手段Ａ２と同様、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて下流側空燃比センサ出力の目標値である下流側目標値Voxsrefを決定する。この下流側目標値Voxsrefは、例えば、内燃機関１０の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に対応する値である０．５（Ｖ）に設定されている（図４を参照。）。また、本例では、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfr(k)と常時一致するように設定される。
【００６６】
出力偏差量算出手段Ａ６は、下記(2)式に基づいて、下流側目標値設定手段Ａ５により設定されている現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点での下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。この出力偏差量DVoxsは、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値に相当する。
【００６７】
DVoxs＝Voxsref-Voxs  ・・・(2)
【００６８】
ローパスフィルタＡ７は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(3)式に示すように、一次のフィルタである。下記(3)式において、τlowはローパスフィルタＡ７の時定数である。このローパスフィルタＡ７の周波数−ゲイン特性は図６に示したとおりである。図６に示したように、ローパスフィルタＡ７は、入力値（入力信号）の変動におけるカットオフ周波数ω1（＝１／τlow）以上の高周波数成分を減衰することで同高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。
【００６９】
１／（１+τlow・s）  ・・・(3)
【００７０】
ローパスフィルタＡ７は、出力偏差量算出手段Ａ６により求められた前記出力偏差量DVoxsの値を入力するとともに、上記(3)式に従って同出力偏差量DVoxsの値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを出力する。従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowは、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値である。
【００７１】
ＰＩコントローラＡ８（サブフィードバックコントローラ）は、ローパスフィルタＡ７の出力値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを比例・積分処理（ＰＩ処理）することで、下記(4)式に基づいてサブフィードバック補正量としてのサブフィードバック補正係数KFisub（＞０）を求める。
【００７２】
KFisub＝(Kp・DVoxslow+Ki・SDVoxslow)+1  ・・・(4)
【００７３】
上記(4)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Kiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）である。また、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値である。
【００７４】
このようにして、本装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow（サブフィードバック入力値）をＰＩコントローラＡ８に入力することでサブフィードバック補正係数KFisubを求め、前記基本燃料噴射量Fbaseに同サブフィードバック補正係数KFisubを乗算することで、後述するメインフィードバック制御による(前記メインフィードバック補正係数KFimainによる)基本燃料噴射量Fbaseの補正とは独立に同基本燃料噴射量Fbaseを補正してサブフィードバック制御を実行する。
【００７５】
例えば、機関の平均的な空燃比がリーンであるために下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を示すと、出力偏差量算出手段Ａ６により求められる出力偏差量DVoxs（従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow）が正の値となるので（図４を参照。）、ＰＩコントローラＡ８にて求められるサブフィードバック補正係数KFisubは「１」より大きい値となる。これにより、燃料噴射量算出手段Ａ４にて求められる（最終）燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【００７６】
反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために下流側空燃比センサ出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチである空燃比に対応した値を示すと、出力偏差量DVoxs（従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow）が負の値となるので、サブフィードバック補正係数KFisubは「１」より小さい値（、且つ「０」より大きい値）となる。これにより、燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。
【００７７】
また、ＰＩコントローラＡ８は積分処理を実行する（即ち、積分（Ｉ）項「Ki・SDVoxslow」が使用されている）ので、機関が定常状態にある場合、出力偏差量DVoxsがゼロになることが保証される。換言すれば、下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとの定常偏差がゼロになる。そして、定常状態では、出力偏差量DVoxsがゼロになることで比例項Kp・DVoxslowが「０」となるから、サブフィードバック補正係数KFisubは積分項Ki・SDVoxslowの値に「１」を加えた値となる。この値が基本燃焼噴射量Fbaseに乗算されることにより、インジェクタ３９の誤差（指令される燃料噴射量である燃料噴射量Fiと実際の燃料噴射量の差）、エアフローメータ６１の誤差（吸入空気流量計測値Ｇａと実際の吸入空気流量の差）が補償されつつ、定常状態において第１触媒５３の下流の空燃比（従って、機関の空燃比）が前記下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比（即ち、理論空燃比）に収束する。以上、燃料噴射量算出手段Ａ４、下流側目標値設定手段Ａ５、出力偏差量算出手段Ａ６、ローパスフィルタＡ７、及びＰＩコントローラＡ８がサブフィードバック制御手段に相当する。
【００７８】
<メインフィードバック制御>
先に説明したように、第１触媒５３は上記酸素吸蔵機能を有している。従って、第１触媒５３の上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数の高い（例えば、前記ローパスフィルタＡ７のカットオフ周波数ω1以上の）高周波数成分、及び比較的周波数が低くて（例えば、同カットオフ周波数ω1以下であって）振幅（理論空燃比からの偏移量）が比較的小さい低周波数成分は第１触媒５３が有する酸素吸蔵機能により完全に吸収されることにより第１触媒５３の下流の排ガスの空燃比変動として現れ難い傾向がある。従って、例えば、内燃機関１０が過渡運転状態にあって排ガスの空燃比が前記カットオフ周波数ω1以上の高周波数で大きく変動するような場合、係る空燃比変動が下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとして現れないから、同カットオフ周波数ω1以上の空燃比変動に対する空燃比制御（即ち、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償）はサブフィードバック制御により達成することができない。従って、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償を確実に行うためには、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsに基づいた空燃比制御であるメインフィードバック制御を行う必要がある。
【００７９】
一方、第１触媒５３の上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数が低くて（例えば、前記カットオフ周波数ω1以下であって）振幅が比較的大きい低周波数成分は第１触媒５３の酸素吸蔵機能では完全には吸収されず、少し遅れて第１触媒５３の下流の排ガスの空燃比変動として現れ易い傾向がある。この結果、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとが理論空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が発生する。従って、この場合、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御とを同時に行うと、２つの空燃比制御が互いに干渉することになるので良好な機関の空燃比制御を行うことができない。
【００８０】
以上のことから、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsの変動における第１触媒５３の下流の空燃比の変動として現れ得る程度の周波数成分（本例では、前記カットオフ周波数ω1以下の低周波数成分）をカットした後の同上流側空燃比センサ出力値vabyfsを使用してメインフィードバック制御を行えば、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が発生することを回避することができると考えられるとともに、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償を確実に達成ことができる。
【００８１】
そこで、本装置は、前述の図５に示したように、Ａ９〜Ａ１６の各手段等を利用してメインフィードバック制御を実行する。以下、図５を参照しながら各手段について説明していく。
【００８２】
先ず、テーブル変換手段Ａ９は、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと、先に説明した図３に示した上流側空燃比センサ出力値vabyfsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を規定したテーブルとに基づいて、上流側空燃比センサ６６による現時点における検出空燃比abyfsを求める。
【００８３】
目標空燃比遅延手段Ａ１０は、上流側目標空燃比設定手段Ａ２により吸気行程毎に求められＲＡＭ７３に記憶されている上流側目標空燃比abyfrのうち、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒についての上流側目標空燃比abyfrをＲＡＭ７３から読み出し、これを上流側目標空燃比abyfr(k-N)として設定する。ここで、前記値Ｎは、内燃機関１０の排気量、及び燃焼室２５から上流側空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。
【００８４】
このように、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)が使用されるのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間Ｌを要しているからである。
【００８５】
上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１は、下記(5)式に基づいて、テーブル変換手段Ａ９により求められた上流側空燃比センサ６６による現時点における検出空燃比abyfsから、目標空燃比遅延手段Ａ１０により設定された現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を減じることにより、上流側空燃比偏差Dabyfを求める。この上流側空燃比偏差Dabyfは、Ｎストローク前の時点での実際の空燃比と目標空燃比との差を表す量であって、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値に相当する。
【００８６】
Dabyf＝abyfs−abyfr(k-N)  ・・・(5)
【００８７】
ハイパスフィルタＡ１２は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(6)式に示すように、一次のフィルタである。下記(6)式において、τhiはハイパスフィルタＡ１２の時定数である。このハイパスフィルタＡ１２の周波数−ゲイン特性は図６に示したとおりである。図６に示したように、ハイパスフィルタＡ１２は、カットオフ周波数ω2（＝１／τhi）以下の低周波数成分を減衰することで同低周波数成分が通過することを実質的に禁止する。
【００８８】
１−１／（１+τhi・s）  ・・・(6)
【００８９】
ハイパスフィルタＡ１２は、前記上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１により求められた前記上流側空燃比偏差Dabyfの値を入力するとともに、上記(6)式に従って同上流側空燃比偏差Dabyfの値をハイパスフィルタ処理した後の値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを出力する。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiは、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値をハイパスフィルタ処理した後の値である。
【００９０】
ＰコントローラＡ１３（第１メインフィードバックコントローラ）は、ハイパスフィルタＡ１２の出力値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを比例処理（Ｐ処理）することで、下記(7)式に基づいて第１メインフィードバック補正量DFihiを求める。下記(7)式において、Khiは予め設定された比例ゲイン（比例定数）である。
【００９１】
DFihi＝Khi・Dabyfhi  ・・・(7)
【００９２】
バンドパスフィルタＡ１４は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(8)式に示すように、一次のフィルタである。このバンドパスフィルタＡ１４の周波数−ゲイン特性は図６に示したとおりである。図６に示したように、バンドパスフィルタＡ１４は、前記ローパスフィルタＡ７のカットオフ周波数と等しい低周波数側のカットオフ周波数ω1（＝１／τlow）以下の低周波数成分を減衰するとともに前記ハイパスフィルタＡ１２のカットオフ周波数と等しい高周波数側のカットオフ周波数ω2（＝１／τhi）以上の高周波数成分を減衰する。これにより、バンドパスフィルタＡ１４は、上記低周波数成分が通過することを実質的に禁止するとともに上記高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。換言すれば、バンドパスフィルタＡ１４は、上記低周波数側のカットオフ周波数ω1以上、上記高周波数側のカットオフ周波数ω2以下の周波数成分のみが通過することを実質的に許容する。
【００９３】
１／（１+τhi・s）＋（１−１／（１+τlow・s））  ・・・(8)
【００９４】
バンドパスフィルタＡ１４は、前記上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１により求められた前記上流側空燃比偏差Dabyfの値を入力するとともに、上記(8)式に従って同上流側空燃比偏差Dabyfの値をバンドパスフィルタ処理した後の値であるバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを出力する。従って、バンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaは、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値をバンドパスフィルタ処理した後の値である。
【００９５】
ＰコントローラＡ１５（第２メインフィードバックコントローラ）は、バンドパスフィルタＡ１４の出力値であるバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを比例処理（Ｐ処理）することで、下記(9)式に基づいて第２メインフィードバック補正量DFibaを求める。下記(9)式において、Kbaは予め設定された比例ゲイン（比例定数）である。
【００９６】
DFiba＝Kba・Dabyfba  ・・・(9)
【００９７】
メインフィードバック補正係数算出手段Ａ１６は、前記第１メインフィードバック補正量DFihiと前記第２メインフィードバック補正量DFibaとを使用して、下記(10)式に基づいてメインフィードバック補正係数KFimain（＞０）を求める。このメインフィードバック補正係数KFimainは、先に述べたように燃料噴射量算出手段Ａ４により燃料噴射量Fiを求める際に使用される。
【００９８】
KFimain＝DFihi＋DFiba＋１  ・・・(10)
【００９９】
このようにして、本装置は、メインフィードバック制御回路とサブフィードバック制御回路とを基本燃料噴射量Fbaseの補正に関して並列に接続している。また、本装置は、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標空燃比abyfrに対応する上流側目標値との相違の程度に応じた値をハイパスフィルタ処理した後の値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi（第１メインフィードバック入力値）をＰコントローラＡ１３に入力することで第１メインフィードバック補正量DFihiを求めるとともに、上記相違の程度に応じた値をバンドパスフィルタ処理した後の値であるバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba（第２メインフィードバック入力値）をＰコントローラＡ１５に入力することで第２メインフィードバック補正量DFibaを求める。
【０１００】
そして、本装置は、第１メインフィードバック補正量DFihiと第２メインフィードバック補正量DFibaとを使用してメインフィードバック補正係数KFimainを求め、前記基本燃料噴射量Fbaseに同メインフィードバック補正係数KFimainを乗算することで、前記サブフィードバック制御による基本燃料噴射量Fbaseの補正とは独立に同基本燃料噴射量Fbaseを補正してメインフィードバック制御を実行する。
【０１０１】
例えば、機関の空燃比が急変してリーンとなると、テーブル変換手段Ａ９にて求められる検出空燃比abyfsは上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定されている上流側目標空燃比abyfrよりもリーンな値（より大きな値）として求められる。このため、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１にて求められる上流側空燃比偏差Dabyfは正の値となる。ここで、機関の空燃比の急変によりこの上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号には前記カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が含まれている。係る高周波数成分は、ハイパスフィルタＡ１２、又はバンドパスフィルタＡ１４を通過し得る。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi（従って、第１メインフィードバック補正量DFihi）、又はバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba（従って、第２メインフィードバック補正量DFiba）も正の値となる。この結果、メインフィードバック補正係数算出手段Ａ１６により算出されるメインフィードバック補正係数KFimainが「１」より大きい値となる。これにより、燃料噴射量算出手段Ａ４にて求められる燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【０１０２】
反対に、機関の空燃比が急変してリッチとなると、検出空燃比abyfsは上流側目標空燃比abyfrよりもリッチな値（より小さい値）として求められる。このため、上流側空燃比偏差Dabyfは負の値となる。この場合も、上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号にはハイパスフィルタＡ１２、又はバンドパスフィルタＡ１４を通過し得る前記カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が含まれている。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi（従って、第１メインフィードバック補正量DFihi）、又はバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba（従って、第２メインフィードバック補正量DFiba）も負の値となる。この結果、メインフィードバック補正係数KFimainが「１」より小さい値（、且つ「０」より大きい値）となる。これにより、燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。
【０１０３】
以上、燃料噴射量算出手段Ａ４、テーブル変換手段Ａ９、目標空燃比遅延手段Ａ１０、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１、ハイパスフィルタＡ１２、ＰコントローラＡ１３、バンドパスフィルタＡ１４、ＰコントローラＡ１５、及びメインフィードバック補正係数算出手段Ａ１６はメインフィードバック制御手段に相当する。
【０１０４】
このようにして、第１触媒５３の下流の空燃比変動として現れ得るカットオフ周波数ω1以下の空燃比変動に対する実質的な（定常的な）空燃比制御はサブフィードバック制御により確実に行われ得る。換言すれば、サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域はカットオフ周波数ω1以下の帯域となる。
【０１０５】
また、係るカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分はハイパスフィルタＡ１２、及びバンドパスフィルタＡ１４を通過し得ず、従って、カットオフ周波数ω1以下の空燃比変動がメインフィードバック補正係数KFimainの値として現れない。換言すれば、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域はカットオフ周波数ω1以上の帯域となる。従って、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とサブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とは重複しないから、前述したメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が発生することが回避できると考えられる。
【０１０６】
更に、空燃比変動（従って、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsの変動）におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分はハイパスフィルタＡ１２、又はバンドパスフィルタＡ１４を通過するから、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償はメインフィードバック制御により迅速、且つ確実に行われ得る。
【０１０７】
<メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉の確実な回避>
先に述べたように、フィードバックコントローラの出力値であるフィードバック補正量（本例では、第１，第２メインフィードバック補正量DFihi，DFiba、及びサブフィードバック補正係数KFisub）の算出に使用される補正項のうち、Ｐ項の値はフィードバックコントローラへの入力信号の周波数にかかわらず増幅も減衰もされない。一方、Ｉ項の値は入力信号の周波数が小さいほどより増幅されるとともに入力信号の周波数が大きいほどより減衰される傾向がある。また、Ｄ項の値は入力信号の周波数が大きいほどより増幅されるとともに入力信号の周波数が小さいほどより減衰される傾向がある。
【０１０８】
よって、図６に示すように、ＰコントローラＡ１３（第１メインフィードバックコントローラ）でハイパスフィルタＡ１２（HPF）によりハイパスフィルタ処理した後の値（ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi）をＰ処理する場合において、Ｐ項（ＨＰＦ＋Ｐ項）のゲイン特性は、ハイパスフィルタＡ１２のゲイン特性と一致し得る。換言すれば、ＰコントローラＡ１３のＰ項の制御周波数帯域はカットオフ周波数ω2以上の帯域となる。
【０１０９】
同様に、ＰコントローラＡ１５（第２メインフィードバックコントローラ）でバンドパスフィルタＡ１４（BPF）によりバンドパスフィルタ処理した後の値（バンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba）をＰ処理する場合において、Ｐ項（ＢＰＦ＋Ｐ項）のゲイン特性は、バンドパスフィルタＡ１４のゲイン特性と一致し得る。換言すれば、ＰコントローラＡ１５のＰ項の制御周波数帯域はカットオフ周波数ω1以上カットオフ周波数ω2以下の帯域となる。
【０１１０】
即ち、メインフィードバック制御に係わる総ての補正項（ＨＰＦ＋Ｐ項、及びＢＰＦ＋Ｐ項）の制御周波数帯域は、カットオフ周波数ω1以下の帯域（従って、上記サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域）と重複しない。このことは、ハイパスフィルタＡ１２、及びバンドパスフィルタＡ１４により既に減衰されているカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分を増幅し得るＩ項が、ＰコントローラＡ１３，Ａ１５の出力値である第１，第２メインフィードバック補正量DFihi，DFibaの算出に使用されていないことに基づく。このように、本装置においては、サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域においてメインフィードバック制御とサブフィードバック制御と干渉が完全に回避されている。
【０１１１】
加えて、図６に示すように、ＰＩコントローラＡ８（サブフィードバックコントローラ）でローパスフィルタＡ７（LPF）によりローパスフィルタ処理した後の値（ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow）をＰＩ処理する場合において、Ｐ項（ＬＰＦ＋Ｐ項）のゲイン特性は、ローパスフィルタＡ７のゲイン特性と一致し得る。また、Ｉ項（ＬＰＦ＋Ｉ項）のゲイン特性は、カットオフ周波数ω1未満の周波数ではローパスフィルタＡ７のゲインよりも大きいゲインを有するとともにカットオフ周波数ω1より大きい周波数ではローパスフィルタＡ７のゲインよりも小さいゲインを有する特性となる。換言すれば、ＰＩコントローラＡ８のＰ項、及びＩ項の制御周波数帯域は共にカットオフ周波数ω1以下の帯域となる。
【０１１２】
即ち、サブフィードバック制御に係わる総ての補正項（ＬＰＦ＋Ｐ項、及びＬＰＦ＋Ｉ項）の制御周波数帯域は、カットオフ周波数ω1以上の帯域（従って、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域）と重複しない。このことは、ローパスフィルタＡ７により既に減衰されているカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分を増幅し得るＤ項が、ＰＩコントローラＡ８の出力値であるサブフィードバック補正係数KFsubの算出に使用されていないことに基づく。このように、本装置においては、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域においてもメインフィードバック制御とサブフィードバック制御と干渉が完全に回避されている。
【０１１３】
以上のように、本装置においては、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避されている。以上が、本装置が行う機関の空燃比のフィードバック制御の概要である。
【０１１４】
（実際の作動）
次に、上記第１実施形態に係る空燃比制御装置の実際の作動について説明する。
<空燃比フィードバック制御>
ＣＰＵ７１は、図７にフローチャートにより示した燃料噴射量Fiの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、エアフローメータ６１により計測された吸入空気流量Ｇａ、及びエンジン回転速度NEと、前記テーブルMapMcとに基づいて今回の吸気行程を迎える気筒の筒内吸入空気量Mcを求める。
【０１１５】
次に、ＣＰＵ７１はステップ７１０に進み、上記求めた筒内吸入空気流量Mcを現時点での上流側目標空燃比abyfr(k)で除することで、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【０１１６】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ７１５に進み、上記求めた基本燃料噴射量Fbaseに後述するルーチンで計算されているサブフィードバック補正係数KFisubとメインフィードバック補正係数KFimainとを乗じることで上記(1)式に従って燃料噴射量Fiを算出する。
【０１１７】
そして、ＣＰＵ７１はステップ７２０に進み、燃料噴射量Fiの燃料を噴射するための指示を今回の吸気行程を迎える気筒のインジェクタ３９に対して行った後、ステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上により、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御により補正された後の燃料噴射量Fiの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【０１１８】
（メインフィードバック補正係数の計算）
次に、メインフィードバック制御においてメインフィードバック補正係数KFimainを算出する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図８にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んでメインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。このメインフィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であって、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であるときに成立する。
【０１１９】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsを図３に示したテーブルに基づいて変換することにより、現時点における検出空燃比abyfsを求める。
【０１２０】
次に、ＣＰＵ７１はステップ８１５に進み、上記求めた検出空燃比abyfsから、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を減じることで上記(5)式に従って、現時点からＮストローク前の実際の空燃比と目標空燃比との差を表す上流側空燃比偏差Dabyfを求める。
【０１２１】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ８２０に進み、前記上流側空燃比偏差DabyfをハイパスフィルタＡ１２によりハイパスフィルタ処理してハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを取得し、続くステップ８２５にて上記(7)式に従って第１メインフィードバック補正量DFihiを求める。
【０１２２】
続いて、ＣＰＵ７１はステップ８３０に進み、前記上流側空燃比偏差DabyfをバンドパスフィルタＡ１４によりバンドパスフィルタ処理してバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを取得し、続くステップ８３５にて上記(9)式に従って第２メインフィードバック補正量DFibaを求める。
【０１２３】
そして、ＣＰＵ７１はステップ８４０に進んで、上記求めた第１メインフィードバック補正量DFihiと、第２メインフィードバック補正量DFibaと、上記(10)式とに基づいてメインフィードバック補正係数KFimainを求め、続くステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２４】
以上により、メインフィードバック補正係数KFimainが求められ、このメインフィードバック補正係数KFimainが前述した図７のステップ７１５により燃料噴射量Fiに反映されることで上述したメインフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御が実行される。
【０１２５】
一方、ステップ８０５の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８４５に進んでメインフィードバック補正係数KFimainの値を「１」に設定し、その後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるときは、メインフィードバック補正係数KFimainの値を「１」としてメインフィードバック制御に基づく機関の空燃比の補正を行わない。
【０１２６】
（サブフィードバック補正係数の計算）
次に、サブフィードバック制御においてサブフィードバック補正係数KFisubを算出する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図９にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ８０５でのメインフィードバック制御条件に加え、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上のときに成立する。
【０１２７】
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、上記(2)式に従って、現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点の下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
【０１２８】
次に、ＣＰＵ７１はステップ９１５に進んで、前記出力偏差量DVoxsをローパスフィルタＡ７によりローパスフィルタ処理してローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを取得する。
【０１２９】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ９２０に進み、上記(4)式に従って、サブフィードバック補正係数KFisubを求め、続くステップ９２５にて、その時点におけるローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowに上記ステップ９１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを求める。そして、ＣＰＵ７１はステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３０】
以上により、サブフィードバック制御係数KFisubが求められ、このサブフィードバック補正係数KFisubが前述した図７のステップ７１５により燃料噴射量Fiに反映されることで上述したサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御が実行される。
【０１３１】
一方、ステップ９０５の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９３０に進んでサブフィードバック補正係数KFisubの値を「１」に設定し、続くステップ９３５にてローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを「０」に初期化した後、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるときは、サブフィードバック補正係数KFisubを「１」としてサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比の補正を行わない。
【０１３２】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第１実施形態によれば、第１触媒５３の上流に配設された上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsに基づく空燃比制御であるメインフィードバック制御において、上流側空燃比センサ出力値vabyfsに基づく値（上流側空燃比偏差Dabyf）をバンドパスフィルタＡ１４（BPF、通過許可周波数：ω1〜ω2）によりバンドパスフィルタ処理した後の値、及び同上流側空燃比偏差DabyfをハイパスフィルタＡ１２（HPF、通過許可周波数：ω2以上）によりハイパスフィルタ処理した後の値、を第１、第２メインフィードバックコントローラ（ＰコントローラＡ１３，Ａ１５）でそれぞれ比例処理（Ｐ処理）することでメインフィードバック補正係数KFimainが求められる。
【０１３３】
一方、第１触媒５３の下流に配設された下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比制御であるサブフィードバック制御において、下流側空燃比センサ出力値Voxsに基づく値（出力偏差量Dvoxs）をローパスフィルタＡ７（LPF、通過許可周波数：ω1以下）によりローパスフィルタ処理した後の値をサブフィードバックコントローラ（ＰＩコントローラＡ８）で比例・積分処理（ＰＩ処理）することでサブフィードバック補正係数KFisubが求められる。
【０１３４】
そして、メインフィードバック補正係数KFimainとサブフィードバック補正係数KFisubとで互いに独立に燃料噴射量Fiを補正することにより、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御が実行される。
【０１３５】
これにより、第１、第２メインフィードバックコントローラにおいてカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分を増幅し得る積分処理（Ｉ処理）が実行されないから、メインフィードバック制御に係わる総ての補正項（ＨＰＦ＋Ｐ項、及びＢＰＦ＋Ｐ項）の制御周波数帯域が、カットオフ周波数ω1以下の帯域と重複しない。また、サブフィードバックコントローラにおいてカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分を増幅し得る微分処理（Ｄ処理）が実行されないから、サブフィードバック制御に係わる総ての補正項（ＬＰＦ＋Ｐ項、及びＬＰＦ＋Ｉ項）の制御周波数帯域が、カットオフ周波数ω1以上の帯域と重複しない。従って、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避される。
【０１３６】
また、メインフィードバック制御回路（従って、第１、第２メインフィードバックコントローラ（ＰコントローラＡ１３，Ａ１５））と、サブフィードバック制御回路（従って、サブフィードバックコントローラ（ＰＩコントローラＡ８））とが燃料噴射量Fiの補正に関して並列に接続されている。従って、メインフィードバック制御側のフィードバック制御定数（即ち、ＰコントローラＡ１３の比例ゲインKhi、及びＰコントローラＡ１５の比例ゲインKba）と、サブフィードバック制御側のフィードバック制御定数（即ち、ＰＩントローラＡ８の比例ゲインKp、及び積分ゲインKi）と、のいずれか一方側の適合を行うとき他方側の値が同いずれか一方の適合に与える影響の程度は少ない。この結果、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力を少なくすることができる。
【０１３７】
また、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域（即ち、カットオフ周波数ω1以上の帯域）が、バンドパスフィルタＡ１４が分担する帯域（従って、ＰコントローラＡ１５が分担する帯域）とハイパスフィルタＡ１２が分担する帯域（従って、ＰコントローラＡ１３が分担する帯域）とに更に分けられている。この結果、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域において、フィルタのゲイン特性に関する設計上の自由度を向上させることができ、これにより、排ガスの空燃比変動におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分に対するメインフィードバック制御系の設計の自由度が向上する。
【０１３８】
（第１実施形態の変形例）
次に、上記第１実施形態の変形例に係る空燃比制御装置について説明する。この変形例は、機能ブロック図である図１０に示すように、前記上流側空燃比偏差Dabyfの代わりに上流側空燃比センサ６６の検出空燃比abyfsを直接ハイパスフィルタＡ１２、及びバンドパスフィルタＡ１４に入力する点においてのみ、上記第１実施形態と異なる。即ち、検出空燃比abyfsの値そのものをハイパスフィルタ処理、及びバンドパスフィルタ処理した後の値に基づいてメインフィードバック補正係数KFimainが算出される。以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１３９】
この相違点に基づき、この変形例のＣＰＵ７１は図８に示したルーチンに代えてメインフィードバック補正係数KFimainを算出するための図１１にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行する。図１１において、図８に示したステップと同一のステップには同一の符号を付している。
【０１４０】
即ち、図１１のルーチンは、上流側空燃比偏差Dabyfを求めるためのステップ８１５が存在しない点、ステップ８２０〜８３５にそれぞれ対応するステップ１１０５〜１１２０において、検出空燃比abyfsの値そのものをハイパスフィルタ処理して得られるハイパスフィルタ通過後検出空燃比abyfhiに比例ゲインKhiを乗じることで第１メインフィードバック補正量DFihiを算出するとともに、検出空燃比abyfsの値そのものをバンドパスフィルタ処理して得られるバンドパスフィルタ通過後検出空燃比abyfbaに比例ゲインKbaを乗じることで第２メインフィードバック補正量DFibaを算出する点、においてのみ、図８のルーチンと異なる。従って、図１１のルーチンのその他のステップについての詳細な説明は省略する。
【０１４１】
上記第１実施形態においてハイパスフィルタＡ１２、及びバンドパスフィルタＡ１４に入力される上流側空燃比偏差Dabyfは、検出空燃比abyfsから上流側目標空燃比abyfr(k-N)（原則的に理論空燃比で一定）を減じた値である。従って、上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号は、検出空燃比abyfsを示す信号と、変動の中心値が異なる一方で同じタイミング、同じ振幅で増減する波形を有する信号となる。
【０１４２】
よって、ハイパスフィルタＡ１２、及びバンドパスフィルタＡ１４をそれぞれ通過した後のカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分からなる上記ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを示す信号、及びバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを示す信号は、ハイパスフィルタＡ１２、及びバンドパスフィルタＡ１４をそれぞれ通過した後の同カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分からなる上記ハイパスフィルタ通過後検出空燃比abyfhiを示す信号、及びバンドパスフィルタ通過後検出空燃比abyfbaを示す信号と、全く同一の値をとる信号となる。この結果、係る第１実施形態の変形例においても、上記第１実施形態と全く同一の作用・効果が得られる。
【０１４３】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る空燃比制御装置について説明する。この第２実施形態は、機能ブロック図である図１２に示すように、バンドパスフィルタＡ１４及びＰコントローラＡ１５を備えていない点（従って、メインフィードバック補正係数算出手段Ａ１６において第１メインフィードバック補正量DFihiに「１」を加えた値がメインフィードバック補正係数KFimainとなる点）において、上記第１実施形態と異なる。
【０１４４】
更に、この第２実施形態は、バンドパスフィルタＡ１４の不存在に伴い、同バンドパスフィルタＡ１４が分担していた制御周波数帯域（ω1〜ω2）をもハイパスフィルタＡ１２が分担する制御周波数帯域に含めるため、図１３に示すように、ハイパスフィルタＡ１２のカットオフ周波数をω２からω１に変更した点においても、上記第１実施形態と異なる。これにより、ハイパスフィルタＡ１２のカットオフ周波数とローパスフィルタＡ７のカットオフ周波数とは等しくなる。以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１４５】
この相違点に基づき、この第２実施形態のＣＰＵ７１は図８に示したルーチンに代えて、メインフィードバック補正係数KFimainを算出するための図１４にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎にそれぞれ実行する。図１４において、図８に示したステップと同一のステップには同一の符号を付している。
【０１４６】
即ち、図１４のルーチンは、第２メインフィードバック補正量DFibaを求めるためのステップ８３０、８３５が存在しない点、ステップ８４０に対応するステップ１４０５において、第１メインフィードバック補正量DFihiに「１」を加えることでメインフィードバック補正係数KFimainを算出する点、においてのみ、図８のルーチンと異なる。従って、図１４のルーチンのその他のステップについての詳細な説明は省略する。
【０１４７】
以上、説明した第２実施形態においては、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域であるカットオフ周波数ω1以上の帯域全域が一つのフィルタ（ハイパスフィルタＡ１２）により分担されている。従って、第１実施形態に比して簡易な構成で、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉を完全に回避することができる。
【０１４８】
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１、第２実施形態においては、「上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値」として、上流側空燃比センサ６６の検出空燃比abyfsと上流側目標空燃比abyfrとの差が使用されているが、上流側空燃比センサ出力値vabyfsそのものと上流側目標空燃比abyfrに相当するセンサ出力値（上流側目標値）との差、或いは、筒内吸入空気量Mcを検出空燃比abyfsで除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量Mcを目標空燃比abyfrで除した値である目標筒内燃料供給量との差を使用してもよい。
【０１４９】
また、上記各実施形態、及び変形例においては、「下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値」として、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの差が使用されているが、下流側空燃比センサ６７の検出空燃比と下流側目標値Voxsrefに相当する下流側目標空燃比との差を使用してもよい。
【０１５０】
また、上記各実施形態、及び変形例においては、メインフィードバック補正係数KFimain（＞０）を基本燃料噴射量Fbaseに乗じることでメインフィードバック制御を実行しているが、同メインフィードバック補正係数KFimainに相当する正負の値を採りえるメインフィードバック補正量を基本燃料噴射量Fbaseに加算することによりメインフィードバック制御を実行してもよい。
【０１５１】
同様に、上記各実施形態、及び変形例においては、サブフィードバック補正係数KFisub（＞０）を基本燃料噴射量Fbaseに乗じることでサブフィードバック制御を実行しているが、同サブフィードバック補正係数KFisubに相当する正負の値を採りえるサブフィードバック補正量を基本燃料噴射量Fbaseに加算することによりサブフィードバック制御を実行してもよい。
【０１５２】
また、上記各実施形態、及び変形例においては、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの差DVoxsをローパスフィルタ処理した後の値DVoxslowに基づいてサブフィードバック補正係数KFisubを算出しているが、同下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsをローパスフィルタ処理した後の値と同下流側目標値Voxsrefとの差に基づいて同サブフィードバック補正係数KFisubを算出するように構成してもよい。
【０１５３】
また、上記各実施形態、及び変形例においては、フィルタ（ハイパスフィルタＡ１２、バンドパスフィルタＡ１４、ローパスフィルタＡ７）として、１次フィルタを使用しているが、各フィルタが分担するそれぞれの帯域をさらに明白に分ける必要がある場合、これらのフィルタとして２次以上のフィルタを使用してもよい。
【０１５４】
また、上記各実施形態、及び変形例においては、第１メインフィードバックコントローラとして比例処理（Ｐ処理）のみを行うＰコントローラＡ１３が採用されているが、微分処理（Ｄ処理）のみを行うＤコントローラ、或いは、比例・微分処理（ＰＤ処理）のみを行うＰＤコントローラを採用してもよい。
【０１５５】
同様に、上記各実施形態、及び変形例においては、サブフィードバックコントローラとして比例・積分処理（ＰＩ処理）のみを行うＰＩコントローラＡ８が採用されているが、比例処理（Ｐ処理）のみを行うＰコントローラ、或いは、積分処理（Ｉ処理）のみを行うＩコントローラを採用してもよい。
【０１５６】
また、上記第１実施形態、及び変形例においては、第２メインフィードバックコントローラとして比例処理（Ｐ処理）のみを行うＰコントローラＡ１５が採用されているが、微分処理（Ｄ処理）のみを行うＤコントローラ、或いは、比例・微分処理（ＰＤ処理）のみを行うＰＤコントローラを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空燃比制御装置を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示したエアフローメータの出力電圧と計測された吸入空気流量との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図４】図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図５】図１に示した空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図６】図５に示したフィードバックコントローラにおいて使用される各補正項についての周波数−ゲイン特性をそれぞれ示した図である。
【図７】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量計算のためのルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図１に示したＣＰＵが実行するメインフィードバック補正係数を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図１に示したＣＰＵが実行するサブフィードバック補正係数を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第１実施形態の変形例に係る空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形例に係る空燃比制御装置のＣＰＵが実行するメインフィードバック補正係数を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図１３】図１２に示したフィードバックコントローラにおいて使用される各補正項についての周波数−ゲイン特性をそれぞれ示した図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵが実行するメインフィードバック補正係数を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】従来の空燃比制御装置が使用するフィードバックコントローラにおいて使用される各補正項についての周波数−ゲイン特性をそれぞれ示した図である。
【図１６】ＰＩＤ処理を行うフィードバックコントローラへの入力信号の周波数に対する各補正項についてのそれぞれの周波数−ゲイン特性の一例を概略的に示したボード線図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３９…インジェクタ、５２…エキゾーストパイプ（排気管）、５３…三元触媒（第１触媒）、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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